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Radiometrie ist die Wissenschaft von der Messung elektromagnetischer Strahlung und ihre Anwendung in Physik, Astronomie und Geophysik. Sie ist mit der Photometrie verwandt und stellt die Erweiterung dieser „Messung des Lichts“ in die Bereiche des Infraroten und Ultravioletten, aber auch der Gammastrahlen dar.

GrundlagenBearbeiten

Die quantitative Messung von Strahlungsintensitäten erfolgt mit verschiedenen Arten von Detektoren. Sie wandeln einen Teil der Strahlung in Wärme oder ein elektrisches Signal um, woraus unter anderem auf die Art der strahlenden Oberfläche und ihre Temperatur geschlossen werden kann. Als Vergleich dient oft der theoretisch ideale „schwarze Strahler“ und die für diesen geltenden Strahlungsgesetze.

Radiometrische GrößenBearbeiten

Um die Eigenschaften von Strahlungsquelle, Empfänger und bestrahltem Material beschreiben zu können, hat man sieben radiometrische Größen definiert. Ihnen entsprechen sieben photometrische Größen, die wegen des begrenzten Wellenlängenintervalls von sichtbarem Licht – der nach CIE genormten Hellempfindlichkeitskurve – ihr spektral gewichteter Sonderfall sind. Oft wird auch ein Index e (in nicht kursiver Schrift) in Abgrenzung zum Index v bei photometrischen Größen angehängt.

radiometrische Größe Symbola) SI-Einheit Beschreibung photometrische Entsprechungb) Symbol SI-Einheit
Strahlungs­fluss
Strahlungs­leistung, radiant flux, radiant power
  Watt (W) Strahlungsenergie durch Zeit Lichtstrom
luminous flux, luminous power
  Lumen (lm)
Strahl­stärke
Strahlungs­stärke, radiant intensity
  W/sr Strahlungsfluss durch Raumwinkel Lichtstärke
luminous intensity
  Candela (cd) = lm/sr
Bestrahlungs­stärke
Strahlungs­fluss­dichte, irradiance, radiant flux density
  W/m2 Strahlungsfluss durch Empfänger­fläche Beleuchtungs­stärke
Lichtstrom­dichte, illuminance
  Lux (lx) = lm/m2
Spezifische Ausstrahlung
Ausstrahlungs­strom­dichte, radiant exitance
  W/m2 Strahlungsfluss durch Sender­fläche Spezifische Lichtausstrahlung
luminous exitance
  lm/m2
Strahldichte
Strahlungsdichte, Radianz, radiance
  W/(m2sr) Strahlstärke durch effektive Senderfläche Leuchtdichte
luminance
  cd/m2
Strahlungs­energie
Strahlungsmenge, radiant energy
  Joule (J) durch Strahlung übertragene Energie Lichtmenge
luminous energy
  lm s
Bestrahlung
Einstrahlung, radiant exposure
  J/m2 Strahlungsenergie durch Empfänger­fläche Belichtung
luminous exposure
  lx s
Strahlungs­ausbeute
radiant efficiency
  1 Strahlungsfluss durch auf­ge­nom­mene (meist elek­trische) Leistung Lichtausbeute
(overall) luminous efficacy
  lm/W
a) Der Index „e“ dient zur Abgrenzung von den photo­metrischen Größen; er kann weggelassen werden.
b) Die photometrischen Größen sind die radiometrischen Größen, gewichtet mit dem photo­metrischen Strahlungs­äquivalent K, das die Empfindlich­keit des menschlichen Auges angibt.

Als Strahlungsflussdichte (auch Irradianz)   bezeichnet man den Strahlungsfluss   (physiologisch gewichtet: Lichtstrom  ), der das Flächenelement   durchquert. Die Strahlungsenergie, die pro Zeitspanne   auf ein Flächenelement   einfällt, bezeichnet man als Bestrahlungsstärke  , physiologisch gewichtet als Beleuchtungsstärke  .

 

Die Strahlungsenergie, die pro Zeitspanne   von einem Flächenelement   ausgeht, bezeichnet man als spezifische Ausstrahlung  , physiologisch gewichtet als spezifische Lichtausstrahlung  .

 

Die Strahldichte (auch Radianz)   ist als Gesamtstrahldichte   die Strahlungsenergie, die pro Zeitspanne durch ein Flächenelement   in einer vorgegebenen Richtung in ein Raumwinkelement   geht, oder von diesem kommt. Physiologisch gewichtet spricht man von der Leuchtdichte, die die Helligkeitswahrnehmung angibt.   ist die scheinbar leuchtende Fläche.

 

  ist hierbei der Winkel zwischen Lichtquelle und Flächennormale

RadiometerBearbeiten

Die Detektoren zur physikalischen Messung von Strahlungsgrößen heißen Radiometer. Von den obgenannten fünf Größen werden hauptsächlich Strahlungsmenge, Bestrahlungsstärke und Strahldichte gemessen.

Ein Radiometer besteht aus der Eingangsoptik (beziehungsweise der Messöffnung/Antenne), dem spektralen Filter, dem eigentlichen Sensor, der zugehörigen Elektronik und dem Anzeigegerät beziehungsweise Display.

Gamma-RadiometrieBearbeiten

Die Radiometrie von Gammastrahlung ist in der Geophysik und anderen Geowissenschaften eine wichtige Methode zur Bestimmung von Gesteinen und ihrem Stoffgehalt. Grundlage ist die Radioaktivität der in ihnen enthaltenen Nuklide, also ihre spontane Umwandlung in andere chemische Elemente. Die bei Zerfallsprozessen entstehende hochenergetische Gamma-Strahlung hat für jedes Nuklid eine typische Energieverteilung, das sog. Gammaspektrum. Die quantitative Analyse der natürlichen Isotope (vor allem Uran, Thorium, Kalium-40 und Kohlenstoff-14) erlaubt eine Charakterisierung der Gesteine.

LiteraturBearbeiten

  • Noboru Ohta, Alan R. Robertson: Colorimetry: Fundamentals and Applications, Wiley-IS&T Series, West Sussex 2006. ISBN 978-0-470-09473-0
  • Bergmann, Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik Bd. 3 "Optik", De Gruyter, Berlin, New York, 1993

WeblinksBearbeiten

  Commons: Radiometry – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien